Una ricerca scientifica confronta lattuga, basilico, pomodoro e zucchina coltivati attraverso un sistema aeroponico verticale e mediante la coltivazione tradizionale in terreno.
Lo studio, realizzato da ricercatori del Consiglio Nazionale delle Ricerche con il contributo dell’Azienda Agricola Biologica Podere Callaiola, ha analizzato il contenuto di nutrienti minerali, polifenoli, flavonoidi e l’attività antiossidante delle parti commestibili delle piante.
I risultati mostrano che la coltivazione aeroponica può rappresentare una soluzione efficace e sostenibile, capace di produrre ortaggi con caratteristiche nutrizionali paragonabili o, per alcuni parametri, superiori a quelle dei prodotti coltivati in terreno.
STATO DELLA PUBBLICAZIONE
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COLLEGAMENTO:
CHE COS’È LA COLTIVAZIONE AEROPONICA
L’aeroponica è una tecnica di coltivazione fuori suolo nella quale le radici delle piante non vengono immerse nel terreno o permanentemente nell’acqua.
Le radici rimangono sospese all’interno di una camera protetta e vengono periodicamente raggiunte da una soluzione nutritiva nebulizzata.
Questa soluzione contiene acqua e gli elementi minerali necessari alla crescita della pianta.
La parte di soluzione che non viene assorbita dalle radici viene raccolta, filtrata e rimessa in circolo. Il sistema consente quindi di ridurre la dispersione di acqua e fertilizzanti.
Durante la coltivazione è possibile controllare alcuni parametri fondamentali:
- pH della soluzione nutritiva;
- conducibilità elettrica;
- concentrazione dei nutrienti;
- temperatura;
- umidità;
- frequenza della nebulizzazione;
- ossigenazione delle radici.
La gestione controllata di questi elementi permette di adattare la nutrizione alle diverse specie e alle differenti fasi di sviluppo delle piante.
AEROPONICA E IDROPONICA: QUAL È LA DIFFERENZA?
Aeroponica e idroponica sono entrambe tecniche di coltivazione fuori suolo, ma presentano una differenza fondamentale.
Nell’idroponica le radici si trovano immerse, completamente o parzialmente, in una soluzione nutritiva.
Nell’aeroponica, invece, le radici restano sospese nell’aria e ricevono acqua e nutrienti sotto forma di una nebulizzazione molto fine.
Il contatto contemporaneo con acqua, sostanze minerali e ossigeno può favorire un assorbimento particolarmente efficiente dei nutrienti.
COME È STATO REALIZZATO LO STUDIO
La ricerca ha confrontato quattro specie orticole:
- lattuga, varietà Barba dei Frati;
- basilico, varietà Italiano Classico;
- pomodoro, varietà Ciliegino Dolcissimo;
- zucchina, varietà Romanesco.
Nel pomodoro sono stati analizzati sia i frutti verdi non ancora maturi sia quelli rossi maturi.
Le giovani piante sono state inserite in supporti di lana di roccia e collocate nei diversi alloggiamenti di una torre aeroponica verticale.
Altre piante appartenenti alle stesse specie sono state coltivate in terreno, all’interno di una serra a tunnel. Il terreno è stato occasionalmente arricchito con pollina ben maturata.
Le parti commestibili sono state raccolte allo stesso stadio di sviluppo, in modo da rendere attendibile il confronto tra i due sistemi.
LA SOLUZIONE NUTRITIVA DEL SISTEMA AEROPONICO
La torre aeroponica utilizzata nello studio conteneva circa 40 litri di soluzione circolante.
La soluzione forniva alle piante i principali macroelementi:
- azoto;
- fosforo;
- potassio;
- calcio;
- magnesio;
- zolfo.
Erano inoltre presenti microelementi essenziali come:
- boro;
- rame;
- ferro;
- manganese;
- zinco.
Durante la coltivazione sono stati mantenuti un pH vicino a 5,5 e una conducibilità elettrica di circa 1 mS/cm.
La soluzione in eccesso veniva raccolta alla base della torre, filtrata e successivamente nebulizzata di nuovo sulle radici.
LO SVILUPPO DELLE PIANTE
Le piante coltivate nel sistema aeroponico hanno sviluppato apparati radicali abbondanti e ben formati.
Lattuga e basilico hanno mostrato una crescita vegetativa efficace, mentre pomodoro e zucchina hanno raggiunto regolarmente la fase riproduttiva, arrivando alla produzione dei frutti.
Il sistema è stato quindi in grado di sostenere sia colture da foglia sia colture da frutto.
I RISULTATI SUI NUTRIENTI MINERALI
I risultati hanno evidenziato differenze legate sia al metodo di coltivazione sia alla specie analizzata.
In generale, le piante coltivate in aeroponica hanno mostrato concentrazioni elevate di diversi macroelementi.
Il calcio è risultato superiore nei campioni aeroponici di tutte le specie analizzate.
Anche il magnesio è risultato generalmente più elevato nella coltivazione aeroponica, con l’eccezione del pomodoro rosso, nel quale i valori erano sostanzialmente simili.
Il potassio è risultato maggiore nella lattuga e nel basilico aeroponici, mentre nei pomodori era più elevato nei campioni coltivati in terreno.
Il basilico aeroponico ha inoltre mostrato una concentrazione di fosforo superiore rispetto al basilico coltivato in suolo.
Per quanto riguarda i microelementi, ferro, rame e zinco sono risultati spesso maggiormente presenti nelle piante coltivate in terreno.
Sono state tuttavia osservate alcune eccezioni importanti. Nei pomodori il ferro era più elevato nei campioni aeroponici, mentre le zucchine coltivate in aeroponica presentavano quantità superiori di rame e zinco.
Questi dati dimostrano che l’assorbimento degli elementi minerali dipende anche dalle caratteristiche della singola specie e dalla composizione della soluzione nutritiva.
L’EFFICIENZA DI ASSORBIMENTO DEI NUTRIENTI
Per comprendere meglio il comportamento delle piante è stato calcolato il fattore di bioconcentrazione.
Questo parametro mette in relazione la concentrazione di un elemento nei tessuti vegetali con la quantità dello stesso elemento disponibile nell’ambiente di crescita.
Il sistema aeroponico ha mostrato una maggiore capacità di bioconcentrazione per numerosi nutrienti, tra cui:
- potassio;
- calcio;
- magnesio;
- ferro;
- manganese;
- rame.
Il risultato è particolarmente interessante perché molti elementi erano presenti in quantità complessivamente superiori nel terreno.
Nella soluzione aeroponica, tuttavia, i nutrienti erano immediatamente disponibili e potevano entrare direttamente in contatto con le radici.
Le principali eccezioni hanno riguardato il fosforo, assorbito più efficacemente dalle piante coltivate in terreno, e lo zinco nella lattuga.
PERCHÉ L’AEROPONICA PUÒ ESSERE EFFICIENTE
Nel sistema aeroponico la soluzione nutritiva viene distribuita sotto forma di piccole goccioline direttamente sull’apparato radicale.
Le radici entrano quindi contemporaneamente in contatto con:
- acqua;
- ossigeno;
- macroelementi;
- microelementi.
La distribuzione a intervalli programmati mantiene le radici idratate e garantisce una disponibilità regolare dei nutrienti.
Nel terreno, invece, gli elementi minerali possono essere influenzati da diversi fenomeni:
- dilavamento;
- legami con le particelle del terreno;
- interazioni con la sostanza organica;
- attività dei microrganismi;
- variazioni del pH;
- competizione biologica;
- caratteristiche della rizosfera.
Il suolo rappresenta un ambiente biologicamente ricco e complesso, ma non tutti gli elementi presenti risultano immediatamente disponibili per la pianta.
IL CONTENUTO DI ACQUA NEGLI ORTAGGI
Il contenuto di acqua è risultato simile tra gli ortaggi coltivati con le due tecniche.
Nella maggior parte dei campioni il livello di acqua ha superato il 90%.
La differenza più evidente è stata osservata nel basilico, che nel sistema aeroponico ha mostrato un contenuto idrico superiore rispetto al basilico coltivato in terreno.
I risultati confermano che le piante aeroponiche possono mantenere livelli di idratazione paragonabili a quelli delle piante coltivate in suolo, nonostante il minore quantitativo complessivo di acqua utilizzato dal sistema.
POLIFENOLI E FLAVONOIDI
Polifenoli e flavonoidi sono molecole prodotte naturalmente dalle piante.
La loro concentrazione può dipendere da numerosi fattori:
- varietà;
- parte della pianta analizzata;
- esposizione alla luce;
- temperatura;
- disponibilità di acqua;
- nutrizione;
- condizioni di stress;
- tecnica di coltivazione.
Per basilico e pomodori non sono state osservate differenze particolarmente rilevanti nel contenuto complessivo di polifenoli.
Le zucchine coltivate in aeroponica hanno invece mostrato una quantità di polifenoli superiore rispetto alle zucchine coltivate in terreno.
Nella lattuga il contenuto di polifenoli era maggiore nelle piante coltivate in suolo.
Il risultato più significativo ha riguardato i flavonoidi.
La loro concentrazione è risultata generalmente superiore nel sistema aeroponico per:
- lattuga;
- basilico;
- zucchina;
- pomodoro rosso.
Il pomodoro verde ha rappresentato l’unica eccezione, mostrando una quantità maggiore di flavonoidi quando coltivato in terreno.
L’ATTIVITÀ ANTIOSSIDANTE
L’attività antiossidante è stata misurata attraverso due differenti analisi scientifiche: il test DPPH e il test FRAP.
Il basilico aeroponico ha mostrato un’attività antiradicalica superiore rispetto al basilico coltivato in terreno.
La lattuga e il pomodoro verde coltivati in suolo hanno invece evidenziato valori maggiori nel test DPPH.
Nel test FRAP il pomodoro verde coltivato in terreno ha ottenuto risultati superiori, mentre il pomodoro rosso aeroponico ha mostrato una capacità antiossidante significativamente più elevata.
Nel complesso, le piante coltivate in aeroponica hanno presentato livelli di molecole antiossidanti simili o, in diversi casi, superiori rispetto alle piante coltivate in terreno.
Lattuga e basilico hanno mostrato le concentrazioni più elevate di polifenoli, flavonoidi e attività antiossidante, indipendentemente dal sistema di coltivazione.
Questo risultato può essere collegato al fatto che le foglie sono direttamente esposte alla luce e svolgono un’intensa attività fotosintetica.
IL RISPARMIO DI ACQUA
Uno dei principali vantaggi dell’aeroponica riguarda l’utilizzo efficiente dell’acqua.
La soluzione nutritiva non assorbita viene raccolta e rimessa in circolo, limitando fortemente gli sprechi e la dispersione dei fertilizzanti.
La letteratura scientifica citata nello studio riporta riduzioni del consumo idrico molto elevate rispetto all’agricoltura convenzionale.
L’effettivo risparmio dipende comunque dal tipo di impianto, dalla coltura, dalle condizioni ambientali e dalla gestione del sistema.
AEROPONICA E COLTIVAZIONE TRADIZIONALE
I risultati non indicano che un metodo sia sempre migliore dell’altro.
La coltivazione in terreno ha favorito la presenza di alcuni microelementi e permette alle piante di interagire con una comunità biologica complessa composta da microrganismi, sostanza organica e componenti minerali.
L’aeroponica ha mostrato una maggiore efficienza nell’assorbimento di numerosi nutrienti e consente un controllo preciso della nutrizione e delle condizioni di crescita.
I due sistemi possono quindi essere considerati complementari.
L’aeroponica può risultare particolarmente interessante quando:
- il terreno agricolo è limitato;
- è necessario ridurre il consumo di acqua;
- si vuole produrre in ambienti urbani;
- è richiesto un controllo preciso della nutrizione;
- si vuole coltivare durante diversi periodi dell’anno;
- è necessario ridurre la dispersione dei fertilizzanti.
LE POSSIBILI APPLICAZIONI FUTURE
Le torri aeroponiche possono trovare applicazione in diversi settori:
- produzione di ortaggi freschi;
- coltivazione di piante aromatiche;
- agricoltura urbana;
- serre tecnologiche;
- agricoltura indoor;
- progetti didattici;
- agricoltura sociale;
- produzione di piante officinali;
- settore farmaceutico;
- produzione di piante ornamentali;
- ricerca scientifica.
La coltivazione verticale permette inoltre di sfruttare lo spazio in altezza e di avvicinare la produzione ai luoghi di consumo, contribuendo alla riduzione delle distanze della filiera.
CONCLUSIONI
Lo studio dimostra che la coltivazione aeroponica può sostenere con successo lo sviluppo di lattuga, basilico, pomodoro e zucchina.
Le piante hanno formato apparati radicali ben sviluppati e hanno prodotto parti commestibili con livelli di idratazione paragonabili a quelli delle piante coltivate in terreno.
Il sistema aeroponico ha favorito:
- l’assorbimento di numerosi elementi minerali;
- una maggiore concentrazione di calcio;
- livelli elevati di magnesio e manganese;
- una maggiore efficienza di bioconcentrazione;
- una quantità generalmente superiore di flavonoidi;
- livelli di attività antiossidante comparabili o superiori;
- un utilizzo più efficiente dell’acqua e dei nutrienti.
Alcuni microelementi sono risultati invece maggiormente presenti nelle piante coltivate in terreno.
Questo conferma l’importanza di elaborare soluzioni nutritive specifiche per ogni specie e per ogni fase di sviluppo.
Nel complesso, l’aeroponica rappresenta una tecnologia promettente per il futuro dell’agricoltura.
Il risparmio di acqua, la riduzione dell’utilizzo di suolo, il controllo della nutrizione e la possibilità di produrre ortaggi di buona qualità nutrizionale rendono questa tecnica particolarmente interessante per affrontare le sfide legate al cambiamento climatico e alla crescente urbanizzazione.
AUTORI DELLA RICERCA
Lo studio è stato realizzato da:
Lucia Giorgetti
Eliana Lanfranca Tassi
Vincenzo Longo
Massimiliano Leoncini
Lorenza Bellani
ENTI E REALTÀ COINVOLTE
Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria del Consiglio Nazionale delle Ricerche – IBBA-CNR, Pisa.
Istituto di Ricerca sugli Ecosistemi Terrestri del Consiglio Nazionale delle Ricerche – IRET-CNR, Pisa.
Azienda Agricola Biologica Podere Callaiola, Barberino Tavarnelle, Firenze.
RIFERIMENTO SCIENTIFICO
Titolo del manoscritto:
Aeroponic growth system and soil-based cultivation: insights into mineral nutrients, antioxidant molecules and antioxidant activity in edible plant parts.
Stato della pubblicazione:
Manoscritto scientifico in fase di revisione.
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